2649164776

Kruche pękanie materiałów powoduje szybkie, katastroficzne zniszczenie obiektu, a co za tym idzie, poważne awarie i duże straty materialne.

Dotychczas w obliczeniach wytrzymałościowych urządzeń przyjmowano, że materiały przeznaczone do ich budowy nie posiadają żadnych nieciągłości oraz że są jednorodne pod względem struktury i własności mechanicznych. Zakładano współczynniki bezpieczeństwa uwzględniające wpływ stosowanych uproszczeń i niedokładności obliczeniowych, zmiany przekrojów (działanie karbu) oraz oddziaływanie warunków eksploatacji. Nieciągłości występujące w przekroju materiału traktowano tylko jako ubytek przekroju obniżający wytrzymałość czy plastyczność materiału. Obliczenia te nie uwzględniały jednak istotnego wpływu występujących nieciągłości jako inicjatorów pęknięć mimo, że ich działanie może być porównywane w skutkach z działaniem karbu w skali makro.

Ocena wpływu nieciągłości jako inicjatora pęknięć jest stosunkowo prosta, gdy nieciągłości, ich rodzaj, kształt, położenie i wymiary są znane. W takim przypadku określa się kryteria ich akceptacji tym wyższe im bardziej odpowiedzialny jest obiekt. Znacznie trudniejsza jest ocena materiału, w którym występują nieciągłości nie wykrywalne dostępnymi metodami nieniszczącymi. Można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że praktycznie nie występują materiały bez nieciągłości. Przy tak postawionym założeniu należałoby w celu oceny własności materiału badać taką jego cechę, która uwzględni możliwość występowania nieciągłości mimo braku możliwości ich wykrycia oraz ich wpływ na inicjację pęknięć.

Najbardziej niebezpieczne są nieciągłości w postaci pęknięć poza zakresem wykrywalności oraz mikropęknięć, przyklejenia w spoinach czy niespawy w odlewach, szczególnie te usytuowane prostopadłe do kierunku największych naprężeń rozciągających. Wady w postaci wtrąceń metalicznych lub niemetalicznych, a dalej pustki gazowe i wszelkie nieciągłości objętościowe o łagodnych kształtach, które są dużo mniej niebezpieczne z punktu widzenia mechanicznej inicjacji pęknięć, chyba że w ich obszarze pojawi się działanie korozyjne środowiska.

Narzędzie do oceny odporności materiału na kruche pękanie daje mechanika pękania. Nowość jej w stosunku do mechaniki klasycznej dotyczy sposobu badania materiałów i wymiarowania elementów konstrukcyjnych w oparciu o założenia, że każdy materiał zawiera w sobie pęknięcia o określonej wielkości (czego nie zakłada mechanika klasyczna), których wymiary zależą od struktury materiału i procesu jego wytwarzania. Mechanika pękania ustala związki ilościowe pomiędzy:

-    odpornością na pękanie danego materiału,

-    krytyczną wielkością pęknięcia,

kształtem i wymiarami obiektu

a obciążeniem niszczącym.

Miarą odporności materiału na pękanie może być:

współczynnik intensywności naprężeń K (Ki dla mechanizmu pękania przez rozwarcie),

rozwarcie pęknięcia 5,

-    zmiana energii odkształcenia u wierzchołka pęknięcia J (całka Rice’a).

Krytyczne wartości tych parametrów tj. Kc, 8_C, J_c mogą być miarą ciągliwości materiału. Najczęściej stosowanym parametrem jest współczynnik Kj_c - krytyczny współczynnik intensywności naprężeń dla mechanizmu pękania przez rozwarcie.

Podsumowując możliwości wykorzystania mechaniki pękania można stwierdzić, że znajomość cech ciągliwości materiału pozwala na:

42